Теория егэ по физике насыщенный пар влажность воздуха - Помощь в подготовке к экзаменам и поступлению

Насыщенные и ненасыщенные пары

Насыщенный пар

При испарении одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс. Беспорядочно двигаясь над поверхностью жидкости, часть молекул, покинувших ее, снова возвращается в жидкость.

Если испарение происходит в закрытом сосуде, то сначала число молекул, вылетевших из жидкости, будет больше числа молекул, возвратившихся обратно в жидкость. Поэтому плотность пара в сосуде будет постепенно увеличиваться. С увеличением плотности пара увеличивается и число молекул, возвращающихся в жидкость. Довольно скоро число молекул, вылетающих из жидкости, станет равным числу молекул пара, возвращающихся обратно в жидкость. С этого момента число молекул пара над жидкостью будет постоянным. Для воды при комнатной температуре это число приблизительно равно $10^{22}$ молекул за $1с$ на $1см^2$ площади поверхности. Наступает так называемое динамическое равновесие между паром и жидкостью.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Это означает, что в данном объеме при данной температуре не может находиться большее количество пара.

При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость продолжает испаряться. Точно так же не изменяется и масса насыщенного пара над этой жидкостью, хотя пар продолжает конденсироваться.

Давление насыщенного пара. При сжатии насыщенного пара, температура которого поддерживается постоянной, равновесие сначала начнет нарушаться: плотность пара возрастет, и вследствие этого из газа в жидкость будет переходить больше молекул, чем из жидкости в газ; продолжаться это будет до тех пор, пока концентрация пара в новом объеме не станет прежней, соответствующей концентрации насыщенного пара при данной температуре (и равновесие восстановится). Объясняется это тем, что число молекул, покидающих жидкость за единицу времени, зависит только от температуры.

Итак, концентрация молекул насыщенного пара при постоянной температуре не зависит от его объема.

Поскольку давление газа пропорционально концентрации его молекул, то и давление насыщенного пара не зависит от занимаемого им объема. Давление $р_0$, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называют давлением насыщенного пара.

При сжатии насыщенного пара большая его часть переходит в жидкое состояние. Жидкость занимает меньший объем, чем пар той же массы. В результате объем пара при неизменной его плотности уменьшается.

Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Для идеального газа справедлива линейная зависимость давления от температуры при постоянном объеме. Применительно к насыщенному пару с давлением $р_0$ эта зависимость выражается равенством:

$p_0=nkT$

Так как давление насыщенного пара не зависит от объема, то, следовательно, оно зависит только от температуры.

Экспериментально определенная зависимость $Р_0(Т)$ отличается от зависимости $p_0=nkT$ для идеального газа. С увеличением температуры давление насыщенного пара растет быстрее, чем давление идеального газа (участок кривой $АВ$). Это становится особенно очевидным, если провести изохору через точку $А$ (пунктирная прямая). Происходит это потому, что при нагревании жидкости часть ее превращается в пар, и плотность пара растет.

Поэтому, согласно формуле $p_0=nkT$, давление насыщенного пара растет не только в результате повышения температуры жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара. Главное различие в поведении идеального газа и насыщенного пара заключается в изменении массы пара при изменении температуры при неизменном объеме (в закрытом сосуде) или при изменении объема при постоянной температуре. С идеальным газом ничего подобного происходить не может (МКТ идеального газа не предусматривает фазового перехода газа в жидкость).

После испарения всей жидкости поведение пара будет соответствовать поведению идеального газа (участок $ВС$ кривой).

Ненасыщенный пар

Если в пространстве, содержащем пары какой-либо жидкости, может происходить дальнейшее испарение этой жидкости, то пар, находящийся в этом пространстве, является ненасыщенным.

Пар, не находящийся в состоянии равновесия со своей жидкостью, называется ненасыщенным.

Ненасыщенный пар можно простым сжатием превратить в жидкость. Как только это превращение началось, пар, находящийся в равновесии с жидкостью, становится насыщенным.

Влажность воздуха

Влажность воздуха — это содержание в воздухе водяного пара.

Окружающий нас атмосферный воздух вследствие непрерывного испарения воды с поверхности океанов, морей, водоемов, влажной почвы и растений всегда содержит в себе водяные пары. Чем больше водяных паров находится в определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения. С другой стороны, чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его насыщения.

В зависимости от количества водяных паров, находящихся при данной температуре в атмосфере, воздух бывает различной степени влажности.

Количественная оценка влажности

Для того чтобы количественно оценить влажность воздуха, пользуются, в частности, понятиями абсолютной и относительной влажности.

Абсолютная влажность — это количество граммов водяного пара, содержащееся в $1м^3$ воздуха при данных условиях, т. е. это плотность водяного пара $р$, выраженная в г/$м^3$.

Относительная влажность воздуха $φ$ — это отношение абсолютной влажности воздуха $р$ к плотности $р_0$ насыщенного пара при той же температуре.

Относительную влажность выражают в процентах:

$φ=({p}/{p_0})·100%$

Концентрация пара связана с давлением ($p_0=nkT$), поэтому относительную влажность можно определить как процентное отношение парциального давления $р$ пара в воздухе к давлению $р_0$ насыщенного пара при той же температуре:

$φ=({p}/{p_0})·100%$

Под парциальным давлением понимают давление водяного пара, которое он производил бы, если бы все другие газы в атмосферном воздухе отсутствовали.

Если влажный воздух охлаждать, то при некоторой температуре находящийся в нем пар можно довести до насыщения. При дальнейшем охлаждении водяной пар начнет конденсироваться в виде росы.

Точка росы

Точка росы — это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы находящийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения при постоянном давлении и данной влажности воздуха. При достижении точки росы в воздухе или на предметах, с которыми он соприкасается, начинается конденсация водяного пара. Точка росы может быть вычислена по значениям температуры и влажности воздуха или определена непосредственно конденсационным гигрометром. При относительной влажности воздуха $φ = 100%$ точка росы совпадает с температурой воздуха. При $φ < 100%$ точка росы всегда ниже температуры воздуха. Так, при температуре воздуха $15°$С и относительной влажности $(%) 100, 80, 60, 40$ точка росы оказывается равной $15.0; 11.6; 7.3; 1.5°$С.

Источник

Слайд 1

Тема:«Влажность воздуха » Для подготовки учащихся 11 классов при сдаче ЕГЭ Цель : повторение основных понятий, графиков и формул, связанных с влажностью воздуха и рассмотрение примеров решения задач, взятых из материалов по подготовке к ЕГЭ и из вариантов ЕГЭ.

Слайд 2

Основные понятия Динамическое равновесие Насыщенный Ненасыщенный пар Парциальное давление водяного пара Абсолютная влажность Относительная влажность Точка росы

Слайд 3

Водяной пар в воздухе В результате испарения воды с многочисленных водоемов (морей, озер, рек и др.), а также с растительных покровов в атмосферном воздухе всегда содержится водяной пар . От количества водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит погода, самочувствие человека, функционирование многих его органов, жизнь растений, а также сохранность технических объектов, архитектурных сооружений, произведений искусств. Поэтому очень важно следить за влажностью воздуха, уметь измерять ее. Водяной пар в воздухе обычно является ненасыщенным . Ненасыщенный пар — это пар, который не находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. Д инамическое равновесие — число молекул, вылетающих из жидкости за 1 с равно числу молекул, возвращающихся обратно, т.е. плотность пара над жидкостью становится постоянной. Насыщенный пар – пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. Воздух, содержащий водяные пары, называют влажным . Для характеристики содержания водяного пара в воздухе вводят ряд величин: абсолютную влажность, упругость водяного пара и относительную влажность.

Слайд 4

Давление и плотность насыщенного пара быстро возрастают с увеличением температуры (рис. 1, а, б)

Слайд 5

Опыт показывает, что при нагревании жидкости уровень жидкости в закрытом сосуде понижается. Следовательно, масса и плотность пара возрастают. Более сильное увеличение давления насыщенного пара по сравнению с идеальным газом (закон Гей-Люссака не применим к насыщенному пару) объясняется тем, что здесь происходит рост давления не только за счет роста средней кинетической энергии молекул (как у идеального газа), но и за счет увеличения концентрации молекул ; при постоянной температуре давление и плотность насыщенного пара не зависят от объема . На рисунке 2 для сравнения приведены изотермы идеального газа (а) и насыщенного пара (б). Опыт показывает, что при изотермическом расширении уровень жидкости в сосуде понижается, при сжатии — повышается, т.е. изменяется число молекул пара так, что плотность пара остается постоянной .

Слайд 6

p V= (m /M )RT ⇒ p= (ρ/M)RT воздуха называют величину, численно равную массе водяного пара, содержащегося в 1 м 3 воздуха (т.е . плотность водяного пара в воздухе при данных условиях). Упругость водяного пара p — это парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе. Парциальное давление — В СИ единицами абсолютной влажности и упругости являются соответственно килограмм на кубический метр ( кг/м 3 ) и паскаль (Па). Иногда используются внесистемные единицы грамм на кубический метр (г/м 3 ) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). 1 г/м³ = 0,001 кг/м³. По величине абсолютной влажности нельзя судить о степени влажности воздуха, так как при одинаковой в нем массе водяного пара, но большей температуре, воздух будет суше, а при меньшей температуре будет влажнее. Абсолютная влажность и упругость водяного пара связаны между собой уравнением состояния( уравнением Менделеева-Клапейрона) Абсолютной влажностью ρ

Слайд 7

Относительной влажностью воздуха φ называют отношение абсолютной влажности воздуха ρ к плотности ρ о насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженное в %. Здесь ρ – абсолютная влажность при некоторой температуре, ρ₀ — плотность насыщенного водяного пара при той же температуре и р — давление водяного пара в воздухе при данной температуре (его также называют абсолютной влажностью, или парциальным давлением водяного пара в воздухе), p ₀ — давление насыщенного водяного пара при той же температуре. ρ₀ и p ₀ — можно найти для каждой температуры по таблице( слайд 7 и 8). Если при данной температуре абсолютная влажность воздуха будет равна плотности насыщенных водяных паров, то воздух очень сырой, т.е. его влажность будет равна 100%. Влажность воздуха не может быть больше 100%.

Слайд 8

Значение плотности насыщенного пара ρ 0 при данном давлении и температуре Температура, °С Давление (абсолютное) Па Плотность кг/м 3 0 588 0,00484 5 873 0,00680 10 1226 0,00940 15 1707 0,01283 20 2335 0,01729 25 3169 0,02304 30 4248 0,03036 35 5621 0,03960 40 7377 0,05114 45 9584 0,06543

Слайд 10

ТОЧКА РОСЫ Температура , при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным , называется точкой росы, потому что, если водяной пар охладить ниже точки росы, то выпадет роса, то есть насыщенный водяной пар начнет конденсироваться. По плотности насыщенного водяного пара, приведенного в таблице, можно найти соответствующую этой плотности точку росы. выпадение росы под утро, запотевание холодного стекла, если на него подышать, образование капли воды на холодной водопроводной трубе, сырость в подвалах домов.

Слайд 11

Приборы для измерения влажности воздуха Конденсационный гигрометр представляет собой металлическую коробку А , передняя стенка К которой хорошо отполирована (рис. ) Внутрь коробки наливают легко испаряющуюся жидкость — эфир — и вставляют термометр. Пропуская через коробку воздух с помощью резиновой груши Г , вызывают сильное испарение эфира и быстрое охлаждение коробки. По термометру замечают температуру, при которой появляются капельки росы на полированной поверхности стенки К . Давление в области, прилегающей к стенке, можно считать постоянным, так как эта область сообщается с атмосферой и понижение давления за счет охлаждения компенсируется увеличением концентрации пара. Появление росы указывает, что водяной пар стал насыщенным. Зная температуру воздуха и точку росы, можно найти парциальное давление водяного пара и относительную влажность.

Слайд 12

Конденсационный гигрометр В конденсационном гигрометре М. И. Гольцмана температура металлического зеркала , измеряемая электрически , может быть понижена до —150°С с помощью обтекающего его жидкого кислорода или жидкого воздуха. Воздух просасывается через прибор и проходит мимо зеркала, где и происходит конденсация.

Слайд 13

Относительную влажность определяют с помощью психрометра 2 .Психрометр состоит из двух термометров, шарик одного из них обмотан тканью, нижние концы которой опущены в сосуд с дистиллированной водой (рис. 3). Сухой термометр регистрирует температуру воздуха, а влажный — температуру испаряющейся воды. Но при испарении жидкости ее температура понижается. Чем суше воздух (меньше его относительная влажность), тем интенсивнее испаряется вода из влажной ткани и тем ниже ее температура. Следовательно, разность показаний сухого и влажного термометров (так называемая психрометрическая разность) зависит от относительной влажности воздуха. Зная эту разность температур, определяют относительную влажность воздуха по специальным психрометрическим таблицам.

Слайд 14

Волосной гигрометр Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса (человека или животного) изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха , в котором он находится . Рама Волос Стрелка Ролик Груз Волос натянут на металлическую рамку . Изменение длины волоса передаётся стрелке , перемещающейся вдоль шкалы. Волосной гигрометр в зимнее время являются основным прибором для измерения влажности воздуха вне помещения .

Слайд 15

При решении задач следует помнить законы идеального газа для изопроцессов можно применять лишь к парам, далеким от насыщения. Уравнение Менделеева — Клапейрона для насыщенного пара можно применить лишь в конкретном случае – например, по известной плотности насыщенного пара определить давление насыщенного пара. Если задана температура, то по таблице можно найти его давление и плотность. Если известна температура ненасыщенного пара Т и его точка росы Т p , то с помощью таблиц можно определить абсолютную и относительную влажность при температуре Т, так как при температуре Т p пар станет насыщенным.

Слайд 16

изобарное охлаждение При изобарном охлаждении до температуры t p пар становится насыщенным. При охлаждении ниже точки росы начинается конденсация паров: появляется туман, выпадает роса, запотевают окна. Точка росы позволяет определить упругость водяного пара p 1 , находящегося в воздухе при температуре t 1 . Точку росы определяют с помощью гигрометров.

Слайд 17

Формулы 1.Уравнение Ван-дер-Ваальса (реальный газ) 2.Влажность воздуха 3. Уравнение Менделеева- Клапейрона

Слайд 18

1.Парциальное давление водяного пара в воздухе при 19 0 С было 1,1кПа. Найти относительную влажность воздуха. 2.Относительная влажность воздуха при температуре 20 0 С составляет 60%. Найти парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе. Обобщенный алгоритм решения задачи 1.Используя, таблицу «Зависимость давления насыщенного пара от температуры», запишите давление насыщенного пара при данной температуре. 2.Выразите все единицы в системе СИ. 3.Запишите формулу влажности воздуха. 4.При необходимости выразите из нее неизвестную величину. 5.Подставьте числовые данные в формулу, получите числовой результат. 6. Проанализируйте полученный результат.

Слайд 19

1.В комнате объемом 40м 3 температура воздуха равна 20 0 С, его относительная влажность составляет 20%. Сколько надо испарить воды, чтобы влажность достигла 50%? Обобщенный алгоритм решения задач 1.Запишите уравнение Менделеева- Клапейрона и выразите из него массу пара. 2 . Используя формулу влажности, найдите парциальное давление в первом случае и определите начальную массу пара. 3. Используя формулу влажности, найдите парциальное давление во втором случае и определите конечную массу пара. 4.Сделайте вычисления. 5 . Проанализируйте результат.

Слайд 20

1.В помещении объемом 60м 3 при температуре 20 0 С относительная влажность воздуха составляет 30%. Какова будет влажность воздуха, если испарить 200г воды? Обобщенный алгоритм решения задач. 1.Запишите формулу влажности. 2.Выразите парциальное давление для первого значения влажности. 3 .Используя уравнение Менделеева- Клапейрона определите первоначальную массу водяного пара в воздухе. 4 . Изменив массу, снова примените уравнение Менделеева -Клапейрона для нахождения парциального давления во втором случае. 5. Определите влажность. 6. Проанализируйте результат.

Слайд 21

Рассмотрим задачи:

Слайд 22

1.ГИА-2010-15 1. В двух комнатах квартиры показания сухих термометров психрометра одинаковы, а показания влажных — отличаются от показаний сухого и различаются между собой. Если показания влажного термометра выше в первой комнате, то влажный платок1) высохнет быстрее в первой комнате 2) высохнет быстрее во второй комнате 3) высохнет за одно и то же время в обеих комнатах 4) не высохнет в первой комнате, если показания психрометра в ней не изменятся

Слайд 23

№ 2.ЕГЭ 2005 г., ДЕМО) А13 и № 3.ЕГЭ 2006 г., ДЕМО) А10. 2. Парциальное давление водяного пара в воздухе при 20  С равно 0,466 кПа, давление насыщенных водяных паров при этой температуре 2,33 кПа. Относительная влажность воздуха равна 1.10 % 2.20 % 3.30 % 4.40 % 3. При какой влажности воздуха человек легче переносит высокую температуру воздуха и почему? при низкой, так как при этом пот испаряется быстро при низкой, так как при этом пот испаряется медленно при высокой, так как при этом пот испаряется быстро при высокой, так как при этом пот испаряется медленно

Слайд 24

4.ЕГЭ 2007 г., ДЕМО) А12 4. При одинаковой температуре 100  С давление насыщенных паров воды равно 10 5 Па, аммиака — 59  10 5 Па и ртути — 37 Па. В каком из вариантов ответа эти вещества расположены в порядке убывания температуры их кипения в открытом сосуде? вода  аммиак  ртуть аммиак  ртуть  вода вода  ртуть  аммиак ртуть  вода  аммиак

Слайд 25

5. ЕГЭ 2008 г., ДЕМО) А11. На фотографии представлены два термометра, используемые для определения относительной влажности воздуха. Ниже приведена психрометрическая таблица, в которой влажность указана в процентах. Относительная влажность воздуха в помещении, в котором проводилась съемка, равна 37% 40% 48% 59%

Слайд 26

Источники http://fizika-doma.ru/ http://fizika.hut.ru/designation.php http://www.physbook.ru/index.php/ ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА. Класс!ная физика для любознательных //[Электронный ресурс]// http://class-fizika.narod.ru/8_16.htm ;

Источник

8 октября 2021

В закладки

Обсудить

Жалоба

Влажность воздуха и насыщенный пар

Основная теория по теме и решение задач.

konspekt.pdf

Источник: vk.com/examator

Источник

«Влажность воздуха»

В воздухе всегда содержится водяной пар, являющийся продуктом испарения воды. Содержание водяного пара в воздухе характеризует влажность воздуха.

Абсолютной влажностью воздуха (р) называют массу водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, или плотность водяного пара, содержащегося в воздухе. Если влажность равна 9,41*10^-3 кг/м³, то это означает, что в 1 м³ содержится 9,41*10^-3 кг водяного пара.

Для того чтобы судить о степени влажности воздуха, вводят величину, называемую относительной влажностью.

Относительная влажность воздуха (ϕ) – это величина, равная отношению плотности водяного пара (р), содержащегося в воздухе (абсолютной влажности), к плотности насыщенного водяного пара (р₀) при этой температуре:

Обычно относительную влажность выражают в процентах.

При понижении температуры ненасыщенный пар может превратиться в насыщенный. Примером такого превращения является выпадение росы и образование тумана. Так, летним днём при температуре 30 °С плотность водяного пара равна 12,8*10^-3кг/м³. Этот водяной пар является ненасыщенным. При понижении вечером температуры до 15 °С он уже будет насыщенным, и выпадет роса.

Температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы.

Для измерения влажности воздуха используют гигрометры (конденсационные и волосные) или психрометры.

Психрометр состоит из двух термометров, один из которых сухой, а другой — влажный. Термометры прикреплены к таблице, в которой по вертикали указана температура, которую показывает сухой термометр, а по горизонтали — разность показаний сухого и влажного термометров. Определив показания термометров, по таблице находят значение относительной влажности воздуха.

Например, температура, которую показывает сухой термометр, 20 °С, показание влажного термометра 15 °С. Разность показаний 5 °С. По таблице находим значение относительной влажности ϕ = 59%.